Visuell behandling - Visual processing

Ikke forveksles med bildebehandling .

Visuell prosessering er et begrep som brukes til å referere til hjernens evne til å bruke og tolke visuell informasjon fra verden rundt oss. Prosessen med å konvertere lyset energi til en meningsfylt bilde er en kompleks prosess som er tilrettelagt av tallrike strukturer i hjernen og høyere nivå kognitive prosesser. På et anatomisk nivå kommer lysenergi først inn i øyet gjennom hornhinnen , hvor lyset er bøyd. Etter å ha passert gjennom hornhinnen, passerer lys gjennom pupillen og deretter linsen i øyet, hvor den i større grad er bøyd og fokusert på netthinnen. Den netthinnen er der en gruppe av lys-sensing celler, som kalles fotoreseptorer er lokalisert. Det er to typer fotoreseptorer: stenger og kjegler . Stenger er følsomme for svakt lys og kjegler er bedre i stand til å overføre sterkt lys. Fotoreseptorer kobles til bipolare celler , som induserer handlingspotensialer i retinale ganglionceller . Disse netthinneganglioncellene danner en bunt ved optisk plate , som er en del av synsnerven . De to optiske nervene fra hvert øye møtes ved den optiske chiasmen , der nervefibre fra hver nesehinnen krysser noe som resulterer i at høyre halvdel av hvert øyes synsfelt blir representert i venstre halvkule og venstre halvdel av hvert øyes synsfelt blir representert i den høyre hjernehalvdelen . Optikkanalen divergerer deretter inn i to visuelle veier, genikulostriatveien og tektopulvinarveien , som sender visuell informasjon til den visuelle cortexen i occipital lobe for prosessering på høyere nivå (Whishaw og Kolb, 2015).

Topp-ned og bunn-opp-representasjoner

Det visuelle systemet er organisert hierarkisk, med anatomiske områder som har spesialiserte funksjoner i visuell prosessering. Visuell prosessering på lavt nivå er opptatt av å bestemme forskjellige typer kontrast blant bilder som projiseres på netthinnen, mens visuell prosessering på høyt nivå refererer til de kognitive prosessene som integrerer informasjon fra en rekke kilder i den visuelle informasjonen som er representert i ens bevissthet. Objektbehandling, inkludert oppgaver som objektgjenkjenning og plassering, er et eksempel på visuell prosessering på høyere nivå. Visuell behandling på høyt nivå avhenger av både ovenfra og ned-opp-prosesser. Bottom-up prosessering refererer til det visuelle systemets evne til å bruke den innkommende visuelle informasjonen, som flyter i en ensrettet bane fra netthinnen til høyere kortikale områder. Top-down prosessering refererer til bruk av forkunnskap og kontekst for å behandle visuell informasjon og endre informasjonen som formidles av nevroner, og endre måten de er innstilt på en stimulans. Alle områder av den visuelle banen bortsett fra netthinnen er i stand til å bli påvirket av ovenfra og ned behandling. Det er en tradisjonell oppfatning at visuell prosessering følger et fremføringssystem der det er en enveis prosess der lys sendes fra netthinnen til høyere kortikale områder, men det er økende bevis for at visuelle veier fungerer toveis, med både fremføring og tilbakemelding mekanismer på plass som overfører informasjon til og fra nedre og høyere kortikale områder. Ulike studier har vist denne ideen om at visuell prosessering er avhengig av både feedforward og tilbakemeldingssystemer (Jensen et al., 2015; Layher et al., 2014; Lee, 2002). Ulike studier som ble registrert fra tidlige visuelle nevroner hos aper fra makak, fant bevis på at tidlige visuelle nevroner er følsomme for funksjoner både innenfor deres mottakelige felt og den globale sammenhengen til en scene. To andre ape-studier brukte elektrofysiologi for å finne forskjellige frekvenser som er assosiert med fremføring og tilbakemeldingsbehandling i aper (Orban, 2008; Schenden & Ganis, 2005). Studier med aper har også vist at nevroner i visuelle områder på høyere nivå er selektive for visse stimuli. En studie som brukte opptak av enkeltenheter i aper fra makak fant at nevroner i midtre tidsvisuelt område, også kjent som område MT eller V5, var svært selektive for både retning og hastighet (Maunsell & Van Essen, 1983).

Forstyrrelser av visuelt prosessering på høyere nivå

Det er forskjellige lidelser som er kjent som forårsaker underskudd i visuelt prosessering på høyere nivå, inkludert visuell objekt agnosia , prosopagnosia , topographagnosia , alexia , achromatopsia , akinetopsia , Balint syndrom , og astereopsis . Disse underskuddene er forårsaket av skade på hjernestruktur implisert i enten den ventrale eller dorsale visuelle strømmen (Barton 2011).

Behandling av ansikts- og stedstimuli

Tidligere modeller for visuell prosessering har skilt visse områder av hjernen av de spesifikke stimuli som de er mest lydhøre overfor; For eksempel har det blitt vist at parahippocampal place area (PPA) har økt aktivering når de presenteres for bygninger og stedsscener (Epstein & Kanwisher, 1998), mens fusiform face area (FFA) reagerer stort sett sterkt på ansikter og ansiktslignende stimuli (Kanwisher et al., 1997).

Parahippocampal Place Area (PPA)

Det parahippocampale stedområdet (PPA) ligger i den bakre parahippocampus gyrusen , som i seg selv er inneholdt i den mediale temporale lappen med nærhet til hippocampus . Navnet kommer fra den økte nevrale responsen i PPA når du ser på steder, som bygninger, hus og andre strukturer, og når du ser på miljøscener, både innendørs og utendørs (Epstein & Kanwisher, 1998). Dette er ikke å si at PPA ikke viser aktivering når de presenteres med andre visuelle stimuli - når de presenteres med kjente gjenstander som verken er bygninger eller ansikter, som stoler, er det også en viss aktivering i PPA (Ishai et al., 2000) . Det ser imidlertid ut til at PPA er assosiert med visuell prosessering av bygninger og steder, ettersom pasienter som har opplevd skade på parahippocampalområdet viser topografisk desorientering, med andre ord ute av stand til å navigere i kjente og ukjente omgivelser (Habib & Sirigu, 1987). Utenfor visuell prosessering er parahippocampus gyrus involvert i både romlig minne og romlig navigasjon (Squire & Zola-Morgan, 1991).

Fusiform ansiktsområde (FFA)

Fusiform ansiktsområdet ligger i den nedre temporal cortex i fusiform gyrus . I likhet med PPA, viser FFA høyere nevral aktivering når visuell behandling er mer ansiktet enn steder eller bygninger (Kanwisher et al., 1997). Imidlertid viser fusiformområdet også aktivering for andre stimuli og kan trenes til å spesialisere seg i visuell prosessering av ekspertgjenstander. Tidligere studier har undersøkt aktivering av FFA hos personer med spesialisert visuell trening, som fuglekikkere eller bileksperter som har tilpasset en visuell ferdighet i å identifisere trekk av henholdsvis fugler og biler. Det er vist at disse ekspertene har utviklet FFA-aktivering for deres spesifikke visuelle ekspertise. Andre eksperimenter har studert evnen til å utvikle ekspertise i FFA ved hjelp av 'greebles', en visuell stimulans som genereres for å ha noen få komponenter som kan kombineres for å lage en rekke forskjellige konfigurasjoner, omtrent som hvordan en rekke litt forskjellige ansiktsegenskaper kan være brukes til å konstruere et unikt ansikt. Deltakerne ble opplært i deres evne til å skille mellom gråtoner ved forskjellige funksjoner og hadde aktivering i FFA målt regelmessig gjennom læring - resultatene etter trening viste at gråtoneaktivering i FFA økte over tid, mens FFA-responser på ansikter faktisk ble redusert med økt gråtonetrening. Disse resultatene antydet tre hovedfunn med hensyn til FFA i visuell prosessering: for det første behandler FFA ikke utelukkende ansikter; for det andre demonstrerer FFA aktivering for "ekspert" visuelle oppgaver og kan trenes over tid til å tilpasse seg nye visuelle stimuli; til slutt opprettholder ikke FFA konstante aktiviseringsnivåer for alle stimuli, og ser i stedet ut til å 'dele' aktivering på en slik måte at de hyppigst viste stimuli mottar den største aktiveringen i FFA som sett i greebles-studien (Gauthier et al. , 2000).  

Utvikling av FFA og PPA i den hjernen

Noen undersøkelser antyder at utviklingen av FFA og PPA skyldes spesialiseringen av visse visuelle oppgaver og deres forhold til andre visuelle prosesseringsmønstre i hjernen. Spesielt viser eksisterende forskning at FFA-aktivering faller innenfor hjerneområdet som behandler det umiddelbare synsfeltet, mens PPA-aktivering er lokalisert i områder av hjernen som håndterer perifert syn og syn rett utenfor det direkte synsfeltet (Levy et al., 2001). Dette antyder at FFA og PPA kan ha utviklet visse spesialiseringer på grunn av de vanlige visuelle oppgavene innenfor disse synsfeltene. Fordi ansikter ofte blir behandlet i det umiddelbare synsfeltet, spesialiserer delene av hjernen som behandler det direkte synsfeltet til slutt også i mer detaljerte oppgaver som ansiktsgjenkjenning . Det samme konseptet gjelder sted: fordi bygninger og steder ofte blir sett på i sin helhet enten rett utenfor synsfeltet eller i individets periferi, vil enhver bygning eller visuell spesialisering bli behandlet innenfor områdene av hjernen som håndterer perifer syn. Som sådan blir ofte sett former som hus og bygninger spesialisert i bestemte områder av hjernen, dvs. PPA.

Se også

Referanser

  • Das M, Bennett DM, Dutton GN (november 2007). "Visuell oppmerksomhet som en viktig visuell funksjon: en oversikt over manifestasjoner, diagnose og håndtering av nedsatt synsoppmerksomhet" . Br J Oftalmol . 91 (11): 1556–60. doi : 10.1136 / bjo.2006.104844 . PMC   2095436 . PMID   17301124 .
  • Hellige JB (1996). "Halvkule asymmetri for visuell informasjonsbehandling". Acta Neurobiol Exp . 56 (1): 485–97. PMID   8787209 .
  • Kitahara K (mars 2007). "[Fysiologi og patologi for visuell informasjonsbehandling]". Nippon Ganka Gakkai Zasshi (på japansk). 111 (3): 160–91, diskusjon 192. PMID   17402561 .
  • Miles FA (mars 1998). "Nevral prosessering av 3D-visuell informasjon: bevis fra øyebevegelser" . Eur. J. Neurosci . 10 (3): 811–22. doi : 10.1046 / j.1460-9568.1998.00112.x . PMID   9753150 . S2CID   15985008 .
  • Vidyasagar TR (2005). "Attentional gating in primary visual cortex: a physiological basis for dyslexia". Oppfatning . 34 (8): 903–11. doi : 10.1068 / p5332 . PMID   16178142 . S2CID   6107375 .
  • Epstein, R., & Kanwisher N. (1998). En kortikal representasjon av det lokale visuelle miljøet. In Nature (Vol 392, s. 598–601).
  • Gauthier, I., Skudlarski, P., Gore, JC, & Anderson, AW (2000). Kompetanse for biler og fugler rekrutterer hjerneområder som er involvert i ansiktsgjenkjenning. In Nature Neuroscience (Vol 3, s. 191–197).
  • Habib M. & Sirigu A. (1987). Ren topografisk desorientering: en definisjon og anatomisk grunnlag. I Cortex (bind 23, s. 73–85).
  • Ishai A., Ungerleider LG og Haxby JV (2000). Distribuerte nevrale systemer for generering av visuelle bilder. In Neuron (Vol 28, s 979–990).
  • Kanwisher N., McDermott J., & Chun MM. Fusiform ansiktsområdet: en modul i menneskelig ekstrastriat cortex spesialisert for ansiktsoppfatning. I Neurosci (Vol 17, s. 4302–4311).
  • Levy, I., Hasson, U., Avidan, G., Hendler, T., & Malach, R. (2001). Senter-periferi organisering av menneskelige objektområder. In Nature Neuroscience (Vol. 4, s. 533–539).
  • Squire, LR, Zola-Morgan, S. (1991). Det mediale temporal lobe-minnesystemet. In Science (bind 253, s. 1380–1386)
  • Barton, JJ (2011). Forstyrrelser i høyere visuell prosessering. I Handbook of clinical neurology (Vol. 102, s. 223–261). Elsevier.
  • Gilbert, CD, & Li, W. (2013). Top-down påvirkninger på visuell prosessering. Nature Reviews Neuroscience , 14 (5), 350.
  • Jensen, O., Bonnefond, M., Marshall, TR, & Tiesinga, P. (2015). Oscillerende mekanismer for fremføring og visuell prosessering av tilbakemelding. Trender innen nevrovitenskap , 38 (4), 192-194.
  • Layher, G., Schrodt, F., Butz, MV, & Neumann, H. (2014). Adaptiv læring i en avdelingsmodell for visuell cortex - hvordan tilbakemelding muliggjør stabil kategorilæring og forbedring. Frontiers in psychology , 5 , 1287.
  • Lee, TS (2002). Top-down innflytelse i tidlig visuell prosessering: et Bayesiansk perspektiv. Fysiologi og atferd , 77 (4-5), 645-650.
  • Maunsell, JH, & Van Essen, DC (1983). Funksjonelle egenskaper til nevroner i det midterste, tidsmessige synsområdet av makakapen. I. Selektivitet for stimuleringsretning, hastighet og orientering. Journal of neurophysiology , 49 (5), 1127-1147.
  • Orban, GA (2008). Visuell prosessering av høyere ordre i macaque extrastriate cortex. Fysiologiske vurderinger , 88 (1), 59-89.
  • Perera-WA, H. (2019). Identifisere den romlige frekvensspesifikke orienteringen i det visuelle systemet. https://peerj.com/preprints/27973/?td=wk .
  • Schendan, HE, & Ganis, G. (2015). Top-down modulering av visuell prosessering og kunnskap etter 250 ms støtter objektbestandighet i kategoribeslutninger. Frontiers in psychology , 6 , 1289.
  • Whishaw, IQ, & Kolb, B. (2015). Fundamentals of Human Neuropsychology (7. utgave). New York, NY: Verdt.